First-Principles study of the prismatic dislocation motion in Mg

マグネシウムの柱面転位移動の第一原理計算

板倉 充洋  ; 蕪木 英雄; 山口 正剛   ; 都留 智仁   

Itakura, Mitsuhiro; Kaburaki, Hideo; Yamaguchi, Masatake; Tsuru, Tomohito

要旨:マグネシウムは軽量で強度があり構造材料としての高いポテンシャルを持っているが結晶構造の対称性の低さから特定の方向にのみ変形する性質があり加工が困難である。近年さまざまな元素を添加することでこの性質を改善する研究が各国において産学連携で進められ競争状態にある。本課題はこれまで鉄の転位の第一原理計算を行ってきた経験を活かし、マグネシウムについて企業との連携で研究を開始したものである。これまでマグネシウムの変形を担う転位の性質はその安定構造が第一原理計算で求められていたのみで、その移動の性質は不明であった。本研究では転位の構造とその移動を同時にコントロールする手法を新たに開発し、移動に必要なエネルギーを構造変化を考慮に入れたうえで計算することに成功した。その結果、必要なエネルギーの大部分は構造変化のエネルギーであり、構造変化した後は転位が容易に移動することがわかった。この結果は、転位の構造を変える添加元素を見つけることで変形しやすい新合金を開発する可能性を生み出したものである。

The Peierls stress of the prismatic slip in Mg single crystal is order of magnitude higher than that of the basal slip, resulting in highly anisotropic plasticity and low workability. To design Mg-based alloy with an improved workability, it is crucial to identify and model the correct prismatic slip behavior based on the first-principles method. In the present work, the migration pathway between split screw dislocations which are spread on two adjacent basal planes is identified using first-principles method and drag method. The line tension energy of a kink configuration is also calculated based on the lattice Green function method in first-principles calculations.